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मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल थ्योरी
मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल थ्योरी (MOT) क्वांटम केमिस्ट्री में एक विधि है जो हमें अणुओं में इलेक्ट्रॉनों के व्यवहार को समझने में मदद करती है। अन्य मॉडलों के विपरीत, MOT इलेक्ट्रॉनों को कई परमाणुओं में वितरित होने के रूप में वर्णित करता है न कि दो परमाणुओं के बीच सीमित रूप में। इलेक्ट्रॉनों का यह व्यापक वितरण मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल लाता है, जो पूरे अणु में व्यापक हो सकते हैं। चलिए सरल भाषा और उदाहरणों के माध्यम से इस अवधारणा को गहराई से समझते हैं।
परमाणु ऑर्बिटल की अवधारणा
मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल्स को समझने से पहले, परमाणु ऑर्बिटल्स को समझना आवश्यक है। एक परमाणु में, इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर के स्थान में रहते हैं जिन्हें ऑर्बिटल कहा जाता है। ये ऑर्बिटल्स इलेक्ट्रॉनों के लिये श्रेडिंगर समीकरण के हल होते हैं। इनके अलग अलग आकार और ऊर्जा होती है, और इन्हें s, p, d, और f ऑर्बिटल्स के रूप में दर्शाया जाता है।
s ऑर्बिटल्स: गोल आकार
p ऑर्बिटल्स: डम्बल आकार के साथ तीन उन्मुखताएं (px, py, pz)
d ऑर्बिटल्स: अधिक जटिल आकार के साथ पांच उन्मुखताएं (dxy, dyz, dxz, dx2-y2, dz2)
पॉली अपवर्जन सिद्धांत के अनुसार, प्रत्येक परमाणु ऑर्बिटल में दो इलेक्ट्रॉन होते हैं जिनके स्पिन विपरीत होते हैं।
मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल्स
जब परमाणु अणु बनाने के लिए संयोग करते हैं, तो उनके परमाणु ऑर्बिटल्स आपस में मिलकर मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल्स बनाते हैं। MOT का मुख्य पहलू यह है कि ये मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल्स परमाणु ऑर्बिटल्स के रैखिक संयोजन (LCAO) से बनते हैं। मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल्स को बॉन्डिंग और एंटिबॉन्डिंग ऑर्बिटल्स में वर्गीकृत किया जा सकता है।
बॉन्डिंग मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल्स: जब परमाणु ऑर्बिटल्स फेज में मिलते हैं, तो वे एक-दूसरे को सहारा देते हैं, जिससे कम-ऊर्जा, सकारात्मक हस्तक्षेप उत्पन्न होता है। यह एक बॉन्डिंग मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल परिणाम होता है, जो नाभिकों के बीच इलेक्ट्रॉन की संभावना बढ़ाता है और परमाणुओं को एक साथ रखता है।
एंटिबॉन्डिंग मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल्स: इसके विपरीत, यदि परमाणु ऑर्बिटल्स विसंगत फेज में मिलते हैं, तो वे नकारात्मक हस्तक्षेप उत्पन्न करते हैं, जिससे उच्च ऊर्जा स्तर, जिसे एंटिबॉन्डिंग मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल्स कहा जाता है, बनते हैं। इन मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल्स में नोड्स होते हैं जहां इलेक्ट्रॉन घनत्व न्यूनतम या शून्य होता है, जिससे बॉन्ड शक्ति घटती है।
दो परमाणु ऑर्बिटल्स के ओवरलैप को इस प्रकार दर्शाया जा सकता है:
Ψ_molecular = c1Ψ_A + c2Ψ_B
यहां Ψ_molecular मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल को दर्शाता है, Ψ_A और Ψ_B परमाणु ऑर्बिटल्स हैं, और c1 और c2 गुणांक हैं जो मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल में प्रत्येक परमाणु ऑर्बिटल के योगदान को दर्शाते हैं।
द्वि-परमाणुक अणुओं के लिए मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल्स की दृष्टान्त
आइए सरल उदाहरण के रूप में द्वि-परमाणुक हाइड्रोजन (H2) का उपयोग करते हुए मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल्स के निर्माण को दृष्टान्त करें।
H2 के लिए, प्रत्येक हाइड्रोजन परमाणु में 1s परमाणु ऑर्बिटल होता है। जब वे मिलते हैं, तो वे दो मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल्स बनाते हैं:
बॉन्डिंग (σ 1s) और एंटिबॉन्डिंग (σ* 1s) मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल्स:
1s 1s
,
,
1s 1s 1s 1s
बॉन्डिंग ऑर्बिटल (σ 1s) की ऊर्जा मूल परमाणु ऑर्बिटल से कम होती है, जबकि एंटिबॉन्डिंग ऑर्बिटल (σ* 1s) की ऊर्जा अधिक होती है। H2 में दोनों इलेक्ट्रॉन बॉन्डिंग मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल को भरते हैं, जिससे एक स्थिर अणु बनता है।
लिटमस परीक्षण: बॉन्ड ऑर्डर और स्थिरता
मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल थ्योरी बॉन्ड ऑर्डर की अवधारणा को पेश करती है ताकि मॉलिक्यूलर स्थिरता का मूल्यांकन किया जा सके:
Bond order = (बॉन्डिंग ऑर्बिटल्स में इलेक्ट्रॉन - एंटिबॉन्डिंग ऑर्बिटल्स में इलेक्ट्रॉन) / 2
H2 के लिए, बॉन्डिंग मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल दो इलेक्ट्रॉनों से भरा होता है और एंटिबॉन्डिंग ऑर्बिटल खाली होता है। इसलिए, बॉन्ड ऑर्डर है:
Bond order = (2 - 0) / 2 = 1
सकारात्मक बॉन्ड ऑर्डर अणु की स्थिरता को इंगित करता है। यदि बॉन्ड ऑर्डर शून्य या नकारात्मक है, तो अणु सामान्य परिस्थितियों में मौजूद होने की संभावना नहीं है।
हेटरोटॉमिक द्वि-परमाणुक अणु
मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल थ्योरी समान परमाणुओं तक सीमित नहीं है। आइए हाइड्रोजन फ्लोराइड (HF) का मामला विचार करें। प्रक्रिया समान है, लेकिन हाइड्रोजन और फ्लोरीन के बीच के इलेक्ट्रोनगेटिविटी अंतर के कारण कुछ भिन्नताएँ होती हैं।
ओवरलैपिंग का विषयात्मक दृष्टिकोण इस प्रकार चित्रित किया गया है:
F H
2p 1c
,
,
σ(2p-1s) π(2p)
फ्लोरीन की उच्च इलेक्ट्रोनगेटिविटी के कारण, उसके परमाणु ऑर्बिटल्स हाइड्रोजन के 1s ऑर्बिटल्स की तुलना में ऊर्जा में निचले होते हैं। इसलिए, HF में मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल्स फ्लोरीन की ओर झुके हुए होते हैं, जो मॉलिक्यूल में फ्लोरीन परमाणु ऑर्बिटल्स के महत्वपूर्ण प्रभाव को इंगित करते हैं।
नोट: केवल सममिति और तुलनीय ऊर्जा वाले ऑर्बिटल्स ही महत्वपूर्ण रूप से संयोग करते हैं। इसलिए, HF एक बॉन्डिंग मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल बनाता है जो मुख्य रूप से फ्लोरीन के 2p ऑर्बिटल और हाइड्रोजन के 1s ऑर्बिटल द्वारा प्रभावित होता है।
बहुपरमाणुक अणुओं पर मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल थ्योरी का अनुप्रयोग
बहुपरमाणुक अणुओं पर MOT का विस्तार अधिक जटिल इंटरैक्शन शामिल करता है, लेकिन यह उन्हीं सिद्धांतों का पालन करता है। ऐसे अणुओं में जैसे जल (H2O), हाइड्रोजन परमाणुओं के 1s ऑर्बिटल ऑक्सीजन के 2p ऑर्बिटल्स के साथ संयोगात्मक होते हैं, जो तीनों परमाणुओं को समेटते हुए नए मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल्स का निर्माण करते हैं।
निर्माण को इस प्रकार सामान्यीकृत किया जा सकता है:
O(2s,2p) + H(1s) + H(1s) → मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल्स
संयोगात्मक संयोजन बॉन्डिंग ऑर्बिटल्स का परिणाम देता है जो परमाणुओं को साथ में रखता है, जबकि अवसंजकत्मक संयोजन सीमांकन ऑर्बिटल्स का परिणाम देता है।
निष्कर्ष
मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल थ्योरी क्वांटम केमिस्ट्री और वास्तविक दुनिया के रासायनिक बॉन्डिंग को जोड़ती है, अणुओं के स्वभाव में गहन अंतर्दृष्टि प्रदान करती है। जटिल अणुओं पर MOT का विस्तार करने से गणनाओं की जटिलता बढ़ जाती है, लेकिन यह इलेक्ट्रॉन वितरण और बॉन्ड शक्ति की अत्यंत विस्तृत समझ प्रदान करता है। इसकी जटिलता के बावजूद, मूल विचार यह है कि परमाणु ऑर्बिटल्स के ओवरलैपिंग द्वारा बन ाये गए मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल्स अणु की स्थिरता और संरचना को संचालित करते हैं।
उम्मीद है कि इस अन्वेषण के माध्यम से मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल्स की दुनिया और अधिक ठोस और सहज लगेगी।
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